TESIS DE MAESTRIA
IMPLEMENTACIÓN DE HERRAMIENTAS DE GESTIÓN DE CALIDAD PARA
EL ESTUDIO DEL EFECTO DEL SOLVENTE EN LA OBTENCIÓN DE
TERPINEOL POR HIDRATACIÓN CATALÍTICA DEL LIMONENO.
Resistencia, mayo de 2014
MIC
AUTOR
Ing. Qca. Liliana Mariel Cáceres
DIRECTOR DE TESIS
Dra. Ester R. Chamorro – Centro UTN QUIMOBI
CO-DIRECTOR DE TESIS
Bioqco. Esp. Gustavo A. Velasco - Centro UTN
QUIMOBI
LUGAR DE TRABAJO
Centro UTN de Investigación en Química Orgánica Biológica
A mis directores de tesis, Dra. Ester Chamorro y Bioqco. Gustavo Velasco, por la
paciencia, su orientación rigurosa y sus constantes aportes,
A mis compañeros de equipo del Centro de Investigación UTN, QUIMOBI, donde llevé
a cabo mi investigación, Ing. Silvia Zambón e Ing. Jessica Solís, por la motivación y el
trabajo compartido,
A la Subsecretaría de Políticas Universitarias de la Nación, por otorgarme una beca
PROFITE para la conclusión de mi maestría,
En especial, a mi mamá por estar siempre ahí, y a los amores de mi vida: mi esposo y
mi hermosa hija por el tiempo que les robé y su amor incondicional,
A todas las personas que colaboraron directa o indirectamente para la conclusión de
esta tesis,
1.INTRODUCCIÓN ... 1
1.1. ACEITES ESENCIALES ... 1
1.1.1. Definición. ... 1
1.1.2. Origen y composición química. ... 1
1.1.3. Usos e importancia. ... 6
1.2. PRODUCCIÓN DE ACEITES Y ESENCIAS EN LA REGIÓN: ANTECEDENTES. ... 7
1.3. Los aceites esenciales cítricos. Aceite esencial de pomelo ... 10
1.3.1. Composición del aceite de pomelo. ... 10
1.3.2. Propiedades. ... 12
1.3.3. Usos e importancia. ... 13
1.4. MÉTODOS DE EXTRACCIÓN DE ACEITES ESENCIALES ... 14
1.4.1. Destilación por arrastre con vapor de agua. ... 14
1.4.2. Extracción por solventes. ... 14
1.4.3. Expresión: ... 15
1.4.4. Hidrodifusión. ... 18
1.4.5. Extracción utilizando ultrasonido. ... 18
1.4.6. Extracción por microondas. ... 19
1.4.7. Extracción con fluidos en estado supercrítico. ... 19
1.4.8. Otros tratamientos. ... 20
1.4.9. Rectificación. ... 20
1.4.10. Fraccionamiento. ... 21
1.5. METODOS DE OBTENCIÓN DE PRODUCTOS DERIVADOS DE LOS ACEITES ESENCIALES. PRODUCTOS DE SEMISÍNTESIS. ... 21
1.5.1. Esterificación:... 21
1.5.2. Hidrogenación. ... 22
1.5.3. Hidratación. ... 22
1.5.4. Oxidación: ... 23
1.5.5. Ciclización: ... 23
1.6. MÉTODOS DE CARACTERIZACIÓN Y DE ESTUDIO DE LOS ACEITES ESENCIALES. 23 1.6.1. TERPINEOL: USOS E IMPORTANCIA. ... 25
1.7. REACCIÓN CATALÍTICA DE OBTENCIÓN DE TERPINEOL. ... 28
1.7.1. Condiciones de la reacción. ... 29
1.8. EFECTO DEL SOLVENTE EN LA REACCIÓN DE OBTENCIÓN DE TERPINEOL. ... 29
1.9. DISEÑO DE EXPERIMENTOS. APLICACIONES. ... 31
1.9.1. Diseño unifactorial. ... 32
2.3. TIPO DE INVESTIGACIÓN A REALIZAR. ... 35
3. MATERIALES Y METODOS ... 37
3.1. MATERIA PRIMA. ... 37
3.1.1. Fruto. ... 37
3.1.2. Aceite esencial de pomelo (Citrus paradisiMacfayden). ... 37
3.1.3. Caracterización del aceite esencial. ... 38
3.1.4. Composición química del aceite esencial. ... 40
3.2. IDENTIFICACIÓN Y CUANTIFICACION DEL TERPINEOL Y LIMONENO ... 41
3.3. PLANIFICACIÓN DEL DISEÑO EXPERIMENTAL. ... 41
3.4. REALIZACIÓN DEL EXPERIMENTO. ... 44
3.5. ANÁLISIS ESTADÍSTICO. ... 45
4. RESULTADOS Y DISCUSIÓN ... 49
4.1. CARACTERIZACIÓN DEL ACEITE DE POMELO. ... 49
4.2. CURVAS DE CALIBRACIÓN DE LIMONENO Y TERPINEOL. ... 50
4.3. ANALISIS ESTADISTICO ... 51
4.4. CONCLUSIONES ... 56
5. BIBLIOGRAFÍA ... 59
Tabla 1. Clasificación de los terpenos ... 3
Tabla 2. Clasificación de monoterpenos ... 4
Tabla 3. Clasificación de sesquiterpenos ... 5
Tabla 4. Observaciones del diseño experimental ... 43
Tabla 5. Tabla de análisis de varianza ... 47
Tabla 6. Propiedades físicas del aceite de pomelo ... 49
Tabla 7. Composición química del aceite de pomelo ... 50
Tabla 8. Tabla de intervalos de confianza individuales para las medias ... 54
Tabla 9. Potencia de la prueba ANOVA ... 56
LISTA DE FIGURAS
Figura 1. Unidades de isopreno ... 2Figura 2. Molécula de limoneno ... 11
Figura 3. Partes de la fruta de pomelo ... 16
Figura 4. Obtención de acetato de linalilo a partir de linalool ... 22
Figura 5. Hidrogenación del citral. ... 22
Figura 6. Hidratación del -pineno para la obtención de -terpineol ... 23
Figura 7. Productos de oxidación del limoneno. ... 24
Figura 8. Ciclización de (+)citronelal a los isómeros del isopulegol ... 24
Figura 9. Isómeros del terpineol. ... 26
Figura 10. Hidratación y acetoxilación del limoneno ... 30
Figura 11. Variables del proceso de obtención de terpineol ... 43
Figura 12. Curva de calibración del limoneno ... 51
Figura 13. Curva de calibración de terpineol ... 51
Figura 14. Gráfica de probabilidad normal de los residuos ... 53
Figura 15. Gráfica de cajas del rendimiento porcentual de cada nivel ... 55
Argentina es el octavo productor mundial de cítricos, y la región noreste
una de las más importantes en el volumen de producción. El aceite esencial
cítrico, es considerado como un subproducto de esta industria, de bajo costo y
nivel de producción, pero con gran potencial de desarrollo. Más todavía si se le
agrega valor al industrializarlo, puesto que obtiene aplicaciones en un mercado
más especializado. Un ejemplo, es el terpineol, un alcohol que puede ser
obtenido a partir del limoneno, monoterpeno presente en mayor proporción en
los aceites esenciales de los cítricos, incluyendo el pomelo. El terpineol posee
un olor agradable similar a la lila y es un componente utilizado en cosmética,
perfumería y farmacia, así como en productos no cosméticos tales como
limpiadores y detergentes. Su uso en todo el mundo supera las 1.000 toneladas
por año.
En este trabajo se utilizaron herramientas de calidad como el diseño
experimental para estudiar el efecto del solvente en el proceso de obtención del
terpineol por hidratación catalítica del limoneno.
El aceite esencial de pomelo, materia prima del proceso, se extrajo por
expresión en una planta de cítricos de la región, se identificaron sus
componentes por GC/MS, y se verificaron sus propiedades físicas. Se obtuvo el
terpineol empleando condiciones de reacción constantes, y utilizando distintos
solventes. Se analizaron los datos a través de un análisis estadístico de la
varianza para comprobar si el solvente tiene un efecto significativo el rendimiento
de la reacción. Por último se determinó cuál es el mejor solvente para obtener un
1. INTRODUCCIÓN
1.1. ACEITES ESENCIALES
1.1.1. Definición.
Los aceites esenciales son las fracciones líquidas volátiles, generalmente
destilables por arrastre con vapor de agua, que contienen las sustancias
responsables del aroma de las plantas. Químicamente están compuestos
principalmente por hidrocarburos terpénicos que se acumulan en glándulas o
estomas odoríferos ubicados cerca de la epidermis. Estos estomas se
encuentran principalmente en las hojas (eucalipto, citronela, menta, lemon
grass), pero pueden estar en diferentes partes de la planta, desde la raíz
(cebolla), tallos (peteribí, incienso), frutos (limón, naranja, pomelo) o semillas
(anís, coriandro, pimienta).
1.1.2. Origen y composición química.
Las esencias contienen una gama muy variada de compuestos químicos.
Asociados a los hidrocarburos terpénicos, aparecen también ésteres, alcoholes,
aldehídos, cetonas, acetales, fenoles, glicósidos, ceras, hidrocarburos lineales,
ácidos grasos, alcaloides, cumarinas, esteroides, y una cada vez más
heterogénea variedad de compuestos heterocíclicos, a medida que se avanza en
el conocimiento de su composición (Bandoni, 2003).
Es una característica de las esencias la presencia de Terpenos, también
llamados isoprenoides. Éstos deben su nombre a Otto Wallach que originariamente diferenció entre “terpene” y “campher” por sus fórmulas
empíricas C10H16 y C10H16O ó C10H18O respectivamente. El nombre de “terpeno”,
deriva de la palabra alemana “terpentin”, de la inglesa “terpentine” y la francesa “térebenthine” que en español significa “trementina”. Se cree que este nombre
fue tomado al ser precisamente el aceite de trementina el primero del cual se
tiene testimonio escrito (Günther, 1961).
En la Figura 1 se puede observar una molécula de isopreno
(2-metil–1,3-butadieno) con las unidades cabeza-cola, compuesto del que tradicionalmente
FIGURA 1. Unidades de isopreno
El químico alemán Otto Wallach, fue el primero en reconocer que muchos de
los compuestos terpénicos podrían construirse hipotéticamente de esta manera.
Este concepto, conocido como regla del isopreno, fue el primer paso en el
conocimiento de la enorme variedad de terpenos. Esta estructura representa a la
mayoría de los terpenos, pero hay excepciones, ya que también se producen
combinaciones de cabeza a cabeza, como en las iononas y en el -caroteno.
En 1950 la hipótesis de Wallach fue reiterada por Ruzicka, Premio Nobel en química 1939, quien propuso la “regla biogenética del isopreno”
en la que estipula que los terpenoides son derivados de precursores alifáticos
como el geraniol, para la formación de monoterpenos, el farnesol para los
sesquiterpenos; geranil geraniol para los diterpenos y escualeno para los
triterpenos. Confirmada luego la hipótesis del isopreno como unidad estructural
de los terpenos, se tuvo en cuenta la cantidad de estas unidades en un
compuesto determinado, para poder clasificar estas moléculas orgánicas. Se
presenta en la Tabla 1 la clasificación aceptada de los Terpenos (Carson &
Hammer, 2011).
Los terpenos más comunes en los aceites esenciales son aquellos de menor
peso molecular, y por lo tanto más volátiles, es decir, monoterpenos y
sesquiterpenos. Los monoterpenos se caracterizan por presentar diez átomos de
carbono y por lo tanto dos unidades de isopreno. Muestran gran variabilidad de
hidrocarburos, alcoholes, aldehídos y otros compuestos oxigenados que, en
conjunto, engloban gran cantidad de isómeros no sólo funcionales sino también
de posición y geométricos. Están considerados como una de las más grandes
familias de productos naturales (Grayson, 2000). Se habla de monoterpenos regulares cuando se originan por la fusión “cabeza-cola” de dos unidades de
isopreno, es decir, enlazando el carbono 1 de la primera unidad y el carbono 4 de la segunda, y se denominan irregulares cuando la fusión es del tipo
H3C H
C C
C5H8
H2 C CH2
mitad”, enlazando el carbono 1 de la primera unidad de isopreno y el carbono 2 ó
3 del segundo. A partir de esta primera diferenciación se pueden subdividir
atendiendo al número de ciclos que presentan: acíclicos, monocíclicos, bicíclicos
y tricíclicos. Se presenta en la Tabla 2 algunos ejemplos de monoterpenos
(Porter & Spurgeon, 1981).
Nombre Unidades de
isopreno
Átomos de carbono
Fórmula Molecular
Hemiterpenos 1 5 C5H8
Monoterpenos 2 10 C10H16
Sesquiterpenos 3 15 C15H24
Diterpenos 4 20 C20H32
Sesterpenos 5 25 C25H40
Triterpenos 6 30 C30H48
Tetraterpenos 8 40 C40H64
Poli-isoprenoides ≥8 ≥40 ≥C40H64
TABLA 1. Clasificación de los terpenos según el número de unidades de isopreno
Los sesquiterpenos se caracterizan por poseer 15 átomos de carbono y por
lo tanto tres unidades de isopreno. Aunque por regla general la mayoría de ellos presentan una unión regular “cabeza-cola”, existen algunos que son el resultado
de transposiciones en esta estructura. Aparecen ampliamente distribuidos en la
naturaleza, además de los aceites esenciales, están presentes en mayor
frecuencia que éstos en hongos, plantas no vasculares e incluso en algunas
bacterias como Streptomyces. Este grupo presenta gran variabilidad natural,
incluyendo a hidrocarburos, alcoholes, cetonas y sus derivados, ésteres,
glicósidos y alcaloides sesquiterpénicos. Al contar con una unidad de isopreno
más que los monoterpenos, presentan una mayor plasticidad en su construcción
que se traduce en una mayor variabilidad estructural y funcional. Además, la
presencia de isómeros geométricos de posición u ópticos es mucho mayor.
Debido a esta plasticidad y según el número de anillos de la molécula, se
pueden agrupar en acíclicos, monocíclicos, bicíclicos, tricíclicos y tetracíclicos.
Monoterpenos
Regulares
Alicíclicos
Monocíclicos
Bicíclicos
Monoterpenos
Irregulares
Monocíclico
Aliciíclico (no cumple
la regla del isopreno)
TABLA 2. Clasificación de monoterpenos
La síntesis de terpenos en las plantas se produce en su mayoría a través de
dos vías biológicas completamente distintas (Carson & Hammer, 2011). La
primera constituye la biosíntesis del ácido mevalónico y ocurre principalmente en
el citoplasma, en el retículo endoplasmático y en las mitocondrias de las células.
Esta ruta biosintética parte de unidades de acetil coenzima A, que se condensan
por medio de una reacción tipo Claisen para dar como producto el tioéster de la
coenzima A (3-hidroxi-3-metilglutaril-CoA ó HMG-CoA). El cual se reduce
a mevaldehído, y posteriormente a ácido mevalónico. Por acción de dos
moléculas de Adenosin trifosfato (ATP) el mevalonato se fosforila y descarboxila
para dar como productos los precursores de los terpenos, el pirofosfato de
isopentenilo y su isómero, elpirofosfato de dimetilalilo. La ruta del mevalonato es
prácticamente universal. Por esta ruta se sintetizan principalmente
Sesquiterpenos
Alicíclicos
Monocíclicos
Bicíclicos
Tricíclicos
Tetracíclicos
TABLA 3. Clasificación de sesquiterpenos
En 1988 Flesch observó que los patrones de marcación isotópica de
terpenos presentes en la bacteria Rhodopseudomonas no coincidían con los
correspondientes por una biosíntesis mevalónica (Flesch & Rohmer, 1988).
Estudios posteriores encontraron que existía tanto en bacterias como en plantas
una segunda alternativa independiente del mevalonato. En esta ruta de la
biogénesis del pirofosfato de isopentenilo y ,-dimetilalilpirofosfato, una unidad
de ácido pirúvico se condensa con el D-gliceraldehído, para dar la
5-Fosfono-1-desoxi-D-xilulosa. Por medio de una condensación aldólica inversa, el carbono 1
transpone hacia la posición 2, generando así el 4-fosfono-2-C-metil-D-eritritol.
Este intermediario se conjuga por medio de una sustitución nucleofílica con una
4-(CDP)-2-C-metil-D-eritritol. Este compuesto se fosforila en el carbono 2, donde se forma el
intermediario fosforilado y desplaza el citidilribósido para obtenerse el
2-C-metil-D-eritritol-2,4-ciclofosfato. Por ruptura reductiva del ciclo se da una reacción de
eliminación para formar el pirofosfato de 4-hidroxi-3-metil-but-2-enilo. El paso
final consiste en la eliminación del grupo hidroxilo para obtenerse el catión alílico
correspondiente, el cual puede transponerse de tal forma que se isomerizan de
manera reversible el pirofosfato de isopentenilo y el ,-dimetilalilpirofosfato. Esta
ruta se lleva a cabo sobre todo en los plástidos de las plantas y en muchas
células procariontes. Por esta ruta se sintetizan sobre todo monoterpenos,
diterpenos y carotenoides. La condensación de geranilpirofosfato con una nueva
unidad pirofosfato de isopentenilo da origen al farnesilpirofosfato, el cual es el
precursor de todos los sesquiterpenos naturales.
Debido a esta complejidad en su composición, es aconsejable hacer una
discriminación entre los compuestos contenidos en una esencia. Se habla
entonces de compuestos mayoritarios, cuando están en la esencia en una
proporción mayor al 1,0 o 0,5%, y los minoritarios, que en algunos casos pueden
contarse por centenares, como en las esencias de jazmín, rosa, inmortelle o
tuberosa. Esta clasificación de los constituyentes en función del contenido
presente en cada esencia es fundamental tanto para determinar la calidad de la
esencia, como así también para precisar sus características organolépticas o sus
efectos fisiológicos. En muchos casos las notas olfativas características de las
esencias están dadas por los componentes minoritarios y no por los principales.
Lo mismo ocurre con los efectos sobre los seres vivos, por lo que los uso o
aplicaciones pueden ser debido a la presencia de estos constituyentes. También
es importante tener en cuenta que en algunas plantas los terpenos no están
libres, sino que están unidos químicamente a azúcares, formando glicósidos o
heterósidos (Bandoni, 2003).
1.1.3. Usos e importancia.
La utilización de sustancias aromáticas simplemente por razones de placer o
medicinales es tan antigua como la humanidad. Se han utilizado aceites
perfumados y ungüentos durante miles de años (Berger, 2007). Actualmente los
cotidiana, formando parte de gran variedad de productos comerciales.
Principalmente los aceites esenciales tienen dos grandes mercados. El primero
está dado por sus características organolépticas, explotado primordialmente por
la industria de sabores y fragancias. Y el segundo es el que se nutre de sus
distintos componentes aislados o no (Bandoni, 2003). Dada la complejidad de
su composición y la facilidad de su aislamiento o purificación, los aceites
esenciales son una fuente ideal de materias primas para la industria. Se utilizan
en una gran variedad de procesos como aromas y aditivos en productos
alimentarios, como agentes aromatizantes en la industria de los cigarrillos, y en
la composición de cosméticos y perfumes. Además, se utilizan en los
ambientadores y desodorantes. Igualmente se usan en todas las ramas de la
medicina como ser farmacia, termalismo, homeopatía y aromaterapia. En los
últimos años, la importancia de los aceites esenciales como biocidas y
repelentes de insectos ha dado lugar a un estudio más detallado de su potencial
antimicrobiano. Por otra parte los aceites esenciales son también buenas fuentes
naturales de sustancias con potencial comercial y como materiales de partida
para la síntesis química de otros productos (Schmidt, 2010).
1.2. PRODUCCIÓN DE ACEITES Y ESENCIAS EN LA REGIÓN: ANTECEDENTES.
Argentina es el octavo productor mundial de cítricos y el primer productor
mundial de limón. Exporta frutas frescas, jugos y aceites esenciales desde 1970.
La superficie dedicada a citrus es de 147.000 hectáreas, con una producción
total de alrededor de 3.000.000 toneladas anuales. La participación del sector
citrícola genera un valor económico anual de 500 millones de dólares, de los
cuales el 70% corresponde a exportaciones de frutas frescas, jugos
concentrados y otros derivados. La principal producción corresponde a limón
(47%), seguido por naranja (29%), mandarina (16%) y pomelo (8%). De la
producción nacional de cítricos, las provincias del Noroeste Argentino generan el
64%, dentro de las cuales Tucumán lidera la producción de limón y Salta la de
pomelos. Las provincias del Noreste son responsables del 36% de la misma y
dentro de ellas Entre Ríos es la principal productora de naranja y mandarinas
(UIA, 2006). Corrientes posee dos regiones citrícolas, el noroeste y el sudeste.
Mburucuyá, General Paz, San Miguel, Ituzaingó, San Roque y Lavalle, los cuales
poseen el 30,5% de la superficie de explotación. Mientras que la segunda región
comprende el departamento de Monte Caseros que representa el 63,2% del área
cultivada. La superficie estimada para la citricultura correntina es de unas 26.000
hectáreas lográndose una producción de 300.000 toneladas de las cuales el 58%
corresponde a naranja y el 25% a mandarina. En la provincia de Chaco las
plantaciones se encuentran principalmente en los departamentos Libertador
General San Martín, Bermejo, General Donovan, 9 de Julio, Presidencia de la
Plaza, Quitilipi, 25 de Mayo y Comandante Fontana. En esta zona se destina
2.000 hectáreas al cultivo de cítricos, de las cuales 1.350 hectáreas producen
alrededor de 30.250 toneladas de pomelo, siendo esta fruta la de mejor
adaptación y de excelente calidad (SENASA, 2012).
Argentina produce alrededor de 200.000 toneladas de pomelo, el 10%
aproximadamente, se exporta como pomelo fresco, un 15-20% se industrializa y
un 65-70% se consume internamente. Las exportaciones se dirigen
principalmente a los países de la Comunidad Económica Europea, en menor
medida a Europa del Este y actualmente a Chile, Bolivia y Canadá.
En cuanto a las exportaciones argentinas de aceites esenciales cítricos,
éstas son poco significativas dentro de la totalidad de exportaciones (0,27% de
participación en el año 2002), pero pueden considerarse como un producto con
gran potencial de desarrollo. Generalmente tienen un valor alto en relación al
volumen que representan, con una demanda internacional moderada y un
mercado bien especializado como la industria alimenticia, farmacéutica o de
perfumería. Cabe destacar que Argentina es el principal productor mundial de
aceite esencial de limón, seguido por Estados Unidos e Italia, siendo la calidad
de su producto superior a la de sus competidores y teniendo un volumen mundial
comercializado que promedia las catorce mil toneladas (Exportar, 2002).
Notablemente durante el período 1999-2008, la producción de aceites esenciales
creció un 50%, superando el crecimiento registrado en el volumen industrializado
de la materia prima, que sólo creció un 25%. Este incremento se logró por un
mayor rendimiento industrial, debido a la adopción de nuevas tecnologías tales
como el sistema Brown de prensado en frío (Bruzone, 2008).
Con respecto al pomelo, de su producción total en el año 2005, el 74% se
que uno de los problemas que aqueja al Noroeste Argentino en la producción de
pomelo es la imposibilidad de acceder a mercados internacionales por las
barreras fitosanitarias que limitan la exportación de fruta fresca. Por lo tanto para
aumentar la rentabilidad del sector, algunos de los objetivos son, mejorar el mix
entre fruta fresca y subproductos, reducir costos aumentando el valor agregado;
mejorar las condiciones fitosanitarias e incrementar la investigación y desarrollo
de nuevos productos industrializados (Union Industrial Argentina, 2007).
El Centro de Investigación en Química Orgánica Biológica, dependiente de la
Facultad Regional Resistencia (QUIMOBI), tiene fundados antecedentes de
investigación en el área de los aceites esenciales, respondiendo siempre a
necesidades concretas del ámbito socio-productivo de la región. En el año 2001, con el PID 25L011 “Identificación y caracterización de aceites esenciales de la
flora chaqueña para el control de la Varroa jacobsoni”, se trabajó sobre la
posibilidad de controlar al ácaro Varroa destructor, usando aceites esenciales, con una efectividad comparable a la de los acaricidas tradicionales. Se
estudiaron varias especies aromáticas y se demostró el efecto varroicida del
aceite esencial de Tagetes minuta, especie vegetal aromática ampliamente difundida en la Provincia del Chaco (Ballerini, et al., 2004) (Ballerini, et al., 2005).
En el año 2004, en el PID ALCORE 236H “Aceite de Tagetes minuta: Identificación de componentes varroicidas” fueron separados los componentes
activos del aceite, frente al ácaro Varroa destructor. Su poder acaricida fue evaluado en forma individual, mediante bioensayos de laboratorio, sobre el ácaro
(Chamorro, et al., 2008).
Desde los años 2008-2012, se realizó el proyecto PID 25L034: “Semisíntesis
catalítica de isopulegol y otros productos de interés industrial, a partir de aceites esenciales regionales”. El proyecto consistió en el desarrollo de productos de
síntesis de química fina, o semisíntesis, a partir de compuestos obtenidos de la
rectificación de aceites esenciales naturales regionales. El trabajo se centró en la
extracción de aceite esencial de citronela y de eucalipto citriodora, y su posterior
enriquecimiento en citronelal. A partir del mismo se realizó la síntesis de
isopulegol por ciclización estereoselectiva catalizada con catalizadores
heterogéneos. La metodología se desarrolló además para otros productos de
síntesis como ser los ésteres derivados del limoneno o alfa-pineno provenientes
Actualmente, se encuentra en ejecución el PID 25L054: “Semisíntesis de
terpineol con catálisis heterogénea a partir de aceites regionales y estudio de sus propiedades”. El proyecto es continuación del PID anterior, y consiste en el
desarrollo de productos de síntesis de química fina a partir de compuestos
obtenidos del aceite esencial de pomelo, los cuales se extraerán por expresión y
serán caracterizados con distintos análisis (propiedades físicas, Cromatografía
gaseosa (GC), espectroscopía de masas). Se buscarán luego las mejores
condiciones para obtener, en este caso, terpineol por ciclización estereoselectiva
catalizada con catalizadores heterogéneos. Luego serán estudiadas las
propiedades antimicrobianas del mismo mediante pruebas de laboratorio.
El Centro QUIMOBI realiza asistencia técnica y transferencias a industrias
y/o empresas del medio, efectuando análisis de control de calidad a materias
primas y productos, como así también, desarrollando mejoras en procesos
productivos. En el año 2008 se realizó la puesta a punto de una columna de
extracción de aceites esenciales para citronela y eucalipto citriodora en la Empresa “Nuestra Esencia” de la provincia de Corrientes. También se realizó la
optimización del proceso de extracción de aceites esencial de pomelo en una
planta de extracción de zumos de cítricos de la Ciudad de Bella Vista, Provincia
de Corrientes; se analizó cada etapa del proceso de obtención de aceite esencial
como subproducto, efectuando una Auditoría de Calidad en el proceso y
proponiendo una mejora en el rendimiento del aceite esencial.
1.3. Los aceites esenciales cítricos. Aceite esencial de pomelo
Existen algunos aceites esenciales que son producidos en forma excluyente
por industrias específicas, no como producto principal, sino como subproducto
de un proceso. El caso típico es la industria citrícola, donde los productos
fundamentales son la fruta y el jugo de los cítricos, y como productos
secundarios, industrializan entre otras sustancias como pectinas, flavonoides,
vitaminas y aceites esenciales. (Bandoni, 2003).
1.3.1. Composición del aceite de pomelo.
Según la literatura, el aceite esencial de pomelo puede contener desde un 70
centro quiral, por lo tanto existen dos isómeros ópticos: R-limoneno y
S-limoneno. En la Figura 2 se presenta la estructura molecular del S-limoneno.
FIGURA 2. Molécula de limoneno
Entre los monoterpenos detectados en mayor proporción que le siguen al
limoneno se encuentran: mirceno (1,29 -6,9%), α-pineno (1,60%), seguido de sabineno y trans-β-ocimeno. La fracción oxigenada del aceite obtenido por
hidrodestilación es de 14,99%, siendo los alcoholes la porción mayoritaria de
esta fracción. Uno de los alcoholes encontrados es el linalool (0,16 a 2,07%). Es
importante destacar que compuestos como linalool, carvacrol y timol han sido
reportados como principales constituyentes que exhiben propiedades
antibacterianas en diferentes tipos de alimentos. Los aldehídos representan el
6,32% del aceite esencial de pomelo. El aldehído encontrado en mayor
proporción es n-octanal (2,48%). Las cetonas y acetatos se encuentran hasta un
0,90% en el aceite y los sesquiterpenos encontrados representan el 4,92%,
siendo el componente principal el (E)-cariofileno (0,17 a 1,64%), otros sesquiterpenos identificados pueden ser δ-cadineno, α-copaeno, germacreno D, β-cubebeno, α-humeleno, bicyclogermacreno, germacreno A, α-muuroleno y α-cubebeno (Soto, 2013).
Rojas encontró en el aceite de pomelo de la variedad Star Ruby, un 76,6%
de limoneno, 6,15% de -mirceno, 4,6% de trans-4,5-murola dieno, 2,66%
-pineno y 2,5% de trans--ocimeno (Rojas, et al., 2009)
Además existen informes que reportan un rango de 76 a 96% de limoneno
en el aceite de cítricos (Espina, et al., 2011) (Kirbaslar, et al., 2006). Entre los
figuran: β-mirceno (1,29-6,90%) (Kirbaslar, et al., 2006). Los demás
componentes se encontraron en una proporción menor al 1%.
En una investigación realizada por Soto, se informan 50 componentes
identificados en el aceite esencial de pomelo, 8 monoterpenos y 11
sesquiterpenos que en conjunto representan la fracción hidrocarbonada y
conforman un 81% del aceite esencial; 7 aldehídos, 19 alcoholes, 2 cetonas y
otros compuestos oxigenados que constituyen la fracción oxigenada y en
conjunto representan un 14,99% del mismo. El 95,98% de los componentes del
aceite fueron identificados por comparación con el tiempo de retención de los
patrones y con los espectros de masas registrados en las librerías de Nist
(1997), McLafferty (1994) y Adams (2007), empleando los tiempos de retención
derivados de los Índices de Kovats. La fracción monoterpénica es la más
abundante, representando el 76,07%. La misma incluye un 70,04% de limoneno
y un 4,00% de mirceno, 1,60% de α-pineno, seguido de sabineno y
trans-β-ocimeno. La fracción oxigenada es de 14,99%, siendo los alcoholes la porción
mayoritaria. El alcohol encontrado en mayor proporción es el linalool (2,07%).
Los aldehídos representan el 6,32% del aceite esencial, de los cuales, un 2,48%
es n-octanal. Además un 0,90% corresponde a cetonas y acetatos. Los
sesquiterpenos representan minoritariamente un 4,92%, siendo el componente
principal el (E)-cariofileno con un 1,64%. El resto de los sesquiterpenos
identificados son δ-cadineno, copaeno, germacreno D, β-cubebeno, α-humeleno, bicyclogermacreno, germacreno A, α-muuroleno y α-cubebeno (Soto,
et al., 2013).
1.3.2. Propiedades.
Soto encuentra para el aceite esencial de pomelo un valor de densidad
relativa a 25 ºC de 0,8539, el índice de refracción obtenido es de 1,4690, y una
rotación óptica de +93º. Además, Pino refiere una densidad de 0,8433, un índice
de refracción de 1,4692 y una rotación óptica de +94º (Pino, et al., 1999).
Kesterton y Macduff determinan un rango de densidad relativa entre 0,8415 y
0,8539, un índice de refracción con un rango de 1,4714 a 1,4746, y una rotación
realizado por Viuda se informa una densidad relativa de 0,8500 y un índice de
refracción de 1,47 (Viuda, et al., 2008).
Por otra parte se observa una densidad relativa de 0,858, un índice de
refracción de 1,4755 y la rotación óptica de +93,40º en bibliografía específica.
(Günther, 1961). En las Normas del Instituto Argentino de Normalización IRAM
SAIPA 18.586:1970, para el aceite de pomelo, se establece un rango de
densidad relativa de 0,852-0,860, un índice de refracción de 1,474 a 1,479 y una
rotación óptica entre 91º y 96º (IRAM SAIPA, 1970).
1.3.3. Usos e importancia.
La industria citrícola genera un gran volumen de desechos sólidos como la
cáscara de los mismos. Este desecho proveniente de la obtención de jugos,
normalmente se envía a vertederos a cielo abierto, por lo que genera un
problema serio de contaminación. Esta situación hace deseable el
aprovechamiento de los mismos para la elaboración de productos de mayor valor
agregado, como la obtención de aceites. Además está ganando interés la
utilización de éstos como materia prima de bajo costo, para la obtención de otros
productos a través de biosíntesis. Esta opción de transformar desechos o
materia prima de bajo costo en otras nuevas, se perfila como una alternativa
atractiva para obtener compuestos que son económica o técnicamente inviables
de conseguir por síntesis química tradicional.
Por otra parte los aceites esenciales cítricos producidos por destilación por
arrastre con vapor de agua, suelen utilizarse en manufactura de pinturas, gomas
y productos textiles. En cambio, si la destilación se hace con agua hirviendo, la
principal consumidora es la industria de bebidas sin alcohol, que lo utiliza como
saporífero. Además el principal uso al que se destinan es de proporcionar sabor,
propio de estos aceites esenciales, a un producto terminado. El sabor puede ser
simple o formar parte de una mezcla con otros componentes. (Cerutti, 2004)
Asimismo, un aceite esencial cítrico puede rectificarse obteniéndose algún
componente mayoritario, como por ejemplo el limoneno, utilizándose
principalmente en la industria de sabores y fragancias, como disolvente, y en la
aumento a causa de la baja toxicidad, olor agradable y biodegradabilidad
(Thomas & Bessiere, 1989)
1.4. MÉTODOS DE EXTRACCIÓN DE ACEITES ESENCIALES
1.4.1. Destilación por arrastre con vapor de agua.
La destilación por arrastre con vapor de agua es sin duda el método más
frecuentemente utilizado para la extracción de aceites esenciales a partir de
plantas. En su forma más simple, se define como "la evaporación y posterior
condensación de un líquido". Todos los líquidos se evaporan en mayor o menor
grado, incluso a temperatura ambiente. Esto es debido a los movimientos
moleculares inducidos térmicamente en algunas de las moléculas dentro del
líquido hasta obtener la energía necesaria para ser expulsadas en el espacio
aéreo por encima de él. La liberación de los aceites esenciales presentes en las
glándulas odoríferas (células) de una planta se debe a la ruptura de las paredes
celulares donde se aloja el aceite causado por el aumento de la presión inducida
por el calor. El flujo de vapor actúa como portador de moléculas de aceite
esencial. El método más simple de la extracción de aceite esencial es, por
inmersión de la biomasa en agua hirviendo. El material de la planta absorbe el
agua durante el proceso de ebullición y el aceite contenido en las células se
difunde a través de las paredes celulares por medio de una ósmosis. Una vez
que el aceite se ha difundido fuera de las células, se vaporiza y se deja llevar por
la corriente de vapor. La volatilidad de los constituyentes de aceite no se ve
influida por el grado de vaporización, pero depende del grado de solubilidad de
los componentes en agua, como resultado de esto, los componentes esenciales
más solubles en agua se destilan antes de los componentes más volátiles pero
menos solubles.
1.4.2. Extracción por solventes.
La extracción con solventes sólidos también llamada enffleurage o
enflorado se emplea para la obtención de esencias florales (rosa, jazmín,
donde luego se extrae el aceite con alcohol y se separa este por destilación. La
extracción por solventes líquidos orgánicos se utiliza a escala de laboratorio,
pues a nivel industrial resulta muy costosa por el alto valor comercial de los
solventes y porque se obtienen esencias mezcladas con otras sustancias.
Extrae no solo terpenos, sino también toda sustancia que sea soluble en el
solvente utilizado. El material vegetal a procesar se pone en contacto con un
solvente, en frío o en caliente y luego, eliminando el solvente por destilación a
presión reducida, se obtiene el aceite esencial concentrado (Dellacassa, 2010).
1.4.3. Expresión:
Los aceites esenciales cítricos son producidos generalmente como
subproductos en esta industria, donde los productos fundamentales son la fruta
entera y el jugo. Hoy en día se utilizan principalmente métodos que permiten
obtener tanto el zumo de la fruta y el aceite esencial en un mismo proceso
(Günther, 1961). Los únicos sistemas de importancia para la producción
industrial de estos aceites de cáscara de fruta, se pueden clasificar en cuatro categorías: máquinas “sfumatrici” y “speciale sfumatrici ", máquinas "Pellatrici”, proceso con la fruta entera o “FMC” y los “Extractores Brown de aceite ( BOEs
)" que utilizan la metodología de expresión o presión en frío para la extracción
(Husnu & Buchbauer, 2010).
Antiguamente se practicaba mucho la expresión o presión en frío, sin la
participación de calor externo, utilizando las herramientas que tenían disponibles,
como piedras y elementos de madera, con los que rompían las células
conteniendo aceite de la corteza de los cítricos. La razón de la utilización de
métodos mecánicos para la extracción de aceites de cítricos de la cáscara de la
fruta, es la inestabilidad térmica relativa de los aldehídos contenidos en ellos.
Grasas, por ejemplo, y aldehídos alifáticos se oxidan fácilmente con el oxígeno
atmosférico, lo que da lugar a la formación de ácidos carboxílicos de mal olor.
Del mismo modo, aldehídos como neral, geranial, citronelal son sensibles a la
oxidación. Además, algunos de los hidrocarburos terpénicos y los ésteres
contenidos en los aceites de cáscara son también sensibles al calor y al oxígeno.
En la cáscara de la fruta, las células de aceite se encuentran justo debajo de
fruta, como lo muestra la Figura 3. Las paredes de las células de estas glándulas
sebáceas son muy duras y se cree que el aceite que contienen es o bien un
producto de desecho del metabolismo, o una sustancia protectora de la planta de
insectos.
Las máquinas utilizadas en el método "sfumatrici" consisten, en principio, de
dos partes, una parte fija y una parte móvil. La fruta se corta en dos y se retira la
pulpa. Luego, con el fin de extraer el aceite, la cáscara de se aprieta
suavemente, moviéndola entre las dos partes del dispositivo, y se enjuaga el
aceite exprimido con un chorro de agua. El aceite se separa fácilmente del
líquido en reposo y se recoge por decantación.
En el método "sfumatrici especial", la cáscara se remoja en una solución de
cal durante 24 horas para neutralizar los ácidos contenidos en el epicarpio,
antes de entrar a la máquina. Los aceites obtenidos por estos métodos deben
ser refrigerados para congelar las ceras de la cáscara que luego se separan por
filtración.
FIGURA 3. Partes de la fruta de pomelo
En el método "Pellatrici" se retira el aceite de la cáscara durante la primera
etapa y el jugo del fruto en un segundo paso. En la primera etapa, se alimenta la
fruta a través de una válvula de tipo tornillo de Arquímedes girando lentamente.
El tornillo está cubierto con numerosos picos que perfora las células aceitosas en
el epicarpio e inicia el flujo de aceite, que es eliminado por medio de un chorro
de agua. El fruto por último se lleva a una rápida rotación, con un revestimiento
profundas dentro del epicarpio, se comprimen y su contenido de aceite se
recupera, lo que resulta en un máximo rendimiento de aceite. El proceso implica
centrifugación, filtración, y refrigeración como se mencionó anteriormente.
El "proceso de Brown" se utiliza principalmente en los Estados Unidos y en
América del Sur, pero menos en Europa. El BOE es algo similar a la maquinaria
del método "Pellatrici". Un dispositivo en el extremo frontal controla la cantidad
de fruta al entrar en la máquina. La máquina en sí se compone de numerosos
pares de rodillos de púas que giran en la misma dirección, y se desplazan
horizontalmente, llegando así a todas las células aceitosas. Las partículas
sólidas se eliminan a continuación, haciéndola pasar a través de un tamiz fino.
La emulsión luego se centrifuga y la fase acuosa se recicla. El sistema BOE se
fabrica en acero para evitar el contacto de los productos con el hierro.
El tipo de extractor de uso más frecuente es el de la Corporación de
Maquinaria para Alimentos en Línea, FMC-in-Line, por sus siglas en Inglés. En
los Estados Unidos más del 50% de extractores son del tipo de FMC. Otros
grandes países productores, como Brasil y Argentina utilizan exclusivamente
extractores FMC. La razón de esto es el diseño de la maquinaria, donde el zumo
de fruta y el aceite se producen en un solo paso sin que los dos entren en
contacto uno con el otro. El proceso requiere la clasificación previa de la fruta,
con unos vasos diseñados para diferentes tamaños de fruta. Un tamaño óptimo
de la fruta es importante para el proceso ya que si la fruta es más grande, un
poco de aceite esencial sería transportado en el jugo y le daría un sabor amargo.
Por otro lado, si la fruta es demasiado pequeña se reduciría el rendimiento de
zumo. Diferentes tamaños de marco permiten el tratamiento de 3,5 u 8 frutos al
mismo tiempo. Esta técnica fue revolucionaria en su concepto y funciona de la
siguiente manera: la fruta se transporta y se coloca en una copa fija. Otra copa,
que lleva una relación de imagen especular de la copa fija, se coloca
exactamente por encima de ella, encerrando así la fruta. Ambas copas contienen
mandíbulas engranadas. Al mismo tiempo, una cuchilla circular corta un agujero
en la parte inferior de la fruta. Cuando se aplica presión a la fruta, el jugo
exprimido sale a través del orificio de corte y es transportado al colector de
zumo, mientras que al mismo tiempo el aceite es expulsado de la superficie de la
cáscara. Como en los otros métodos, se recoge el aceite usando un chorro de
Uno de los avances en el diseño de maquinaria de procesamiento de cítricos
muestra claramente que la calidad del zumo es más importante que la calidad
del aceite. Sin embargo, la calidad del aceite ha mejorado durante las últimas
décadas y cumple con los requisitos de Normas Internacionales. La pulpa
obtenida por expresión generalmente se trata con vapor de agua a alta presión
para recuperar cantidades adicionales de aceite que haya transportado (Husnu &
Buchbauer, 2010).
1.4.4. Hidrodifusión.
La Sociedad Montenier Technologies ha desarrollado un sistema de
extracción de Hidrodifusión (HDF) que usa un flujo descendente de vapor de
agua que pasa a través de la materia vegetal. La concepción de este extractor
hace uso de la acción osmótica del vapor de agua, produciendo la liberación,
bajo forma de azeótropo, del aceite esencial contenido en la materia vegetal.
Este proceso de ósmosis conocido como hidrodifusión se basa en liberar y
condensar el vapor aprovechando la gravedad, dispersando el azeótropo
producido por el vapor de agua en la masa vegetal. Esta nueva técnica permite
disminuir los inconvenientes de la hidrodestilación clásica. Los aparatos de este
tipo funcionan actualmente en diferentes países. Este proceso se aplica en forma
particular para el cardamomo y el romero (Bandoni, 2003).
1.4.5. Extracción utilizando ultrasonido.
La aplicación del ultrasonido ha sido utilizada en diversas ramas de la
industria. En la extracción de aceites esenciales la aplicación del ultrasonido
facilita la liberación del aceite esencial de la paredes celulares de la materia
vegetal sometida al proceso extractivo. Se caracteriza por transmitir cantidades
sustanciales de energía por la acción de vibraciones de las partículas presentes
en el medio de extracción. El ultrasonido se localiza en el rango de frecuencias
de aproximadamente sobre 18 kHz (por encima de las audibles por el oído
humano). Con fines de conocer la influencia de los ultrasonidos en los procesos
extractivos de materiales vegetales, la compañía DCF Aroma Process de Francia
proceso de hidrodestilación acelerada discontinua, el cual cuenta con un
generador de ultrasonidos de 22 kHz (Bandoni, 2003).
1.4.6. Extracción por microondas.
Es una técnica patentada originalmente en Canadá. Consiste en aprovechar
el mismo proceso de los hornos a microondas caseros, es decir en calentar el
agua contenida en el material vegetal, que a su vez está inmerso en un disolvente “transparente” a las microondas, como pueden ser CCl4, hexano o
tolueno. Al aumentar la temperatura del medio, se rompen las estructuras
celulares que contienen a la esencia por efecto de su presión de vapor. La
esencia es así liberada y disuelta en el disolvente presente en el medio. La
principal ventaja de esta técnica es su velocidad, pues pueden lograrse
extracciones en minutos, cuando comparativamente una técnica tradicional como
la hidrodifusión necesita varias horas. La implementación del sistema de
microondas a escala industrial, si bien es factible tecnológicamente, implica una
fuerte inversión económica. Además, como en cualquier cambio de las
tecnologías tradicionales, los productos obtenidos suelen diferir en calidad de los
normalmente ofrecidos en el mercado internacional, y pueden por lo tanto
significar un problema para competir con el producto comercialmente
consagrado.
1.4.7. Extracción con fluidos en estado supercrítico.
El principio básico para la extracción con fluidos en estado supercrítico se
basa en el cambio de propiedades de transporte y de solubilidad que presenta
un solvente en este estado. Para el caso del dióxido de carbono como fluido en
estado supercrítico dos factores compiten en la influencia de la solubilidad de los
solutos. Al incrementar la temperatura se incrementa la presión de vapor del
soluto y por lo tanto su solubilidad. Mientras que la solubilidad de un compuesto
en un disolvente líquido clásico depende de la temperatura, la solubilidad de un
compuesto disuelto en un fluido supercrítico depende a la vez de la temperatura
y de la presión, con la solubilidad y la presión variando en el mismo sentido. La
presión es, entonces, un factor de selectividad de la extracción, de igual manera
fluido supercrítico de 300 a 900 kg/m3 permite junto con la extracción fraccionada
la separación fraccionada de solutos y disolventes (en el caso de dos o más
disolventes). Si bien las aplicaciones industriales de la extracción con fluidos en
estado supercrítico son limitadas, sus aplicaciones potenciales son numerosas y
son actualmente el objeto de trabajos de investigación. Entre las aplicaciones
positivas para las cuales el extracto constituye la fase noble, citemos la
preparación de extractos de lúpulo, de sustancias aromáticas extraídas de
especias, de café, de ciertas frutas, la separación de sustancias aromáticas a
partir de biomasa. Las aplicaciones negativas tendientes a eliminar las
sustancias indeseables como la cafeína del café o del té han suscitado un
interés creciente ligado a la moda de alimentos ligeros obtenidos mediante el
empobrecimiento calórico por eliminación de grasas, eliminación del colesterol
de la mantequilla y de productos del huevo, desalcoholización de cerveza y vino,
etc. A nivel industrial, el material vegetal, se empaca en una cámara de acero
inoxidable y se hace circular a través de él un fluido en estado supercrítico. Las
esencias se solubilizan y arrastran mientras que el fluido supercrítico, se
elimina por descompresión progresiva hasta alcanzar la presión y
temperatura ambiente (Rodríguez Álvarez, et al., 2012)
1.4.8. Otros tratamientos .
Las esencias que se ofrecen en el mercado, pueden ser sometidas a una
serie de procesos industriales con el objeto de mejorar sus características
organolépticas, concentrar sus componentes útiles, facilitar su procesamiento
industrial, o simplemente homogeneizar su calidad (Bandoni, 2003).
1.4.9. Rectificación.
Algunos aceites esenciales requieren rectificación luego de ser extraídos.
Esto implica la redestilación del aceite crudo con el fin de eliminar ciertas
impurezas no deseables, tales como cantidades muy pequeñas de componentes
de muy baja volatilidad, que pueden ser transferidos durante el vapor o el agua
de destilación (tales como fenoles de alto peso molecular, componentes de la
cera de la hoja, etc.), así como pequeñas cantidades de compuestos muy
nitrogenados, por ejemplo. En algunos casos, la rectificación también se puede
usar para enriquecer el aceite esencial en un componente particular, en el aceite
de bajo grado. Normalmente este proceso se lleva a cabo por la redestilación en
vacío para evitar el sobrecalentamiento y por lo tanto la descomposición parcial
de los componentes del aceite. También puede llevarse a cabo por tratamiento al
vapor (Husnu & Buchbauer, 2010)
1.4.10. Fraccionamiento.
Es similar a la rectificación, pero en este caso se hace una partición más
específica, en función de la composición de la esencia. Por ejemplo los aceites
esenciales ricos en citral son fraccionados por columna de rectificación, tratando
de eliminar todos los componentes que acompañan al citral. Se puede así partir
de una esencia que contenga 65 a 70% de citral, y lograr un citral de 90 o 97%
de pureza. Otro ejemplo es fraccionar el aceite de citronela y obtener una
fracción rica en citronelal (90%) y otras fracciones como geraniol y citronelol.
1.5. METODOS DE OBTENCIÓN DE PRODUCTOS DERIVADOS DE LOS ACEITES ESENCIALES. PRODUCTOS DE SEMISÍNTESIS.
Existen muchas reacciones químicas elementales que permiten obtener
nuevos productos aromáticos a partir de aceites esenciales. Los productos
nuevos pueden tener mayor valor agregado, con notas olfativas más agradables,
y sin necesidad de mucha tecnología o de costosos reactivos.
1.5.1. Esterificación:
Las esencias de cedro, vetiver y menta suelen utilizarse para producir los
acetatos de los alcoholes presentes en las mismas. Para ello no se aíslan estos
alcoholes, sino que se usa la esencia completa para la reacción. Como ejemplo
se puede observar la Figura 4, donde se muestra la obtención de acetato de
linalilo, principal constituyente del aceite de lavanda y de bergamota, a partir
de linalool, en presencia de anhídrido acético (Ac2O), trietilamina (Et3N) y
FIGURA 4. Obtención de acetato de linalilo a partir de linalool
1.5.2. Hidrogenación.
En este caso lo que se pretende es transformar cetonas o aldehídos a los
alcoholes correspondientes. Un caso típico es la hidrogenación de la esencia de
citronela, para obtener geraniol y citronelol y la hidratación del citral para obtener
citronelal y geranial entre otros, como se muestra en la Figura 5.
FIGURA 5. Hidrogenación del citral.
1.5.3. Hidratación.
Aunque es un proceso menos común dado que requiere la ayuda de
catalizadores o medios específicos para la reacción, merece destacarse por la
Se utiliza, como una primera etapa, para la semisíntesis de innumerables
sustancias aromáticas, como se muestra en la Figura 6.
1.5.4. Oxidación:
Es una reacción común entre los aceites esenciales. Se pueden emplear
catalizadores sólidos o biológicos. Como ejemplo se puede citar al limoneno, que
es un aceite esencial muy sensible al aire u oxígeno. En la Figura 7 se muestra
la conversión de limoneno a alcohol perílico, carvona, carveol, y otros más de
acuerdo al carbono que se oxida.
Figura 6. Ejemplo de hidratación del -pineno para la obtención de -terpineol
1.5.5. Ciclización:
Puede darse en los terpenos que contienen una función alcohol conjugada
al doble enlace, o una función aldehído. Como ejemplo de esta reacción es la
obtención de isopulegol a partir de citronelal, como se observa en la Figura 8.
1.6. MÉTODOS DE CARACTERIZACIÓN Y DE ESTUDIO DE LOS ACEITES ESENCIALES.
Para la identificación cuali y cuantitativa de un aceite esencial, se utiliza
la técnica acoplada de Cromatografía de Gases-Espectrometría de Masas
resolución, permite analizar mezclas complejas presentes en éstos, e
identificar sus componentes, a partir de los tiempos de retención, que son
característicos para cada uno de ellos, y del espectro de masas de cada
uno, con el cual se obtiene el peso molecular e información estructural.
Asimismo existen bases de datos con los espectros de masas que sirven
de criterio para la asignación química de muchos componentes de aceites
esenciales.
FIGURA 7. Productos de oxidación del limoneno.
FIGURA 8. Ciclización de (+)citronelal a los isómeros del isopulegol
Los aceites esenciales deben cumplir una serie de características físicas,
químicas y organolépticas, dependiendo del tipo de aceite. Estas características
las Normas elaboradas en conjunto por el Instituto Argentino de Normalización y
la Sociedad Argentina para la Investigación de Productos Aromáticos
(IRAM-SAIPA), como también la metodología para cada determinación. Algunas de las
determinaciones son: la densidad relativa a 20ºC (IRAM-SAIPA 18.504:2002), la
determinación de rotación óptica (IRAM-SAIPA 18.507:2002), la determinación
de índice de refracción (IRAM-SAIPA 18.505:2002) y la determinación de
solubilidad en etanol (IRAM-SAIPA 18.510:1983). Entre las propiedades
químicas que están normalizadas se encuentran las determinaciones: del índice
de acidez (IRAM-SAIPA 18.511:1987), de alcoholes primarios y terciarios, de
compuestos carbonílicos (IRAM-SAIPA 18.651:1988) y la determinación de
fenoles; el uso de éstas va decayendo debido al avance de los métodos
cromatográficos y espectroscópicos, que tienen la ventaja de ser más rápidos,
completos y sensibles. Sin embargo en algunos casos por razones económicas o
logísticas siguen siendo útiles y por ello se incluyen en todas las normas
existentes.
1.6.1. TERPINEOL: USOS E IMPORTANCIA.
El terpineol es un alcohol monoterpeno que se ha aislado de una variedad
de fuentes tales como el aceite de pino, y en el aceite de petitgrain, existen
cuatro isómeros: alfa (), beta () y gamma () –terpineol y el terpinen-4-ol. El
y el -terpineol difieren solo por la ubicación del doble enlace, como se observa
en la Figura 9. Generalmente el terpineol es una mezcla de estos isómeros con
el -terpineol como el componente principal. Aunque es natural, comúnmente
es manufacturado a partir del -pineno que es más fácilmente disponible. El
terpineol posee un olor agradable similar a la lila y es un componente
utilizado en cosmética, perfumería, así como en productos no cosméticos tales
como limpiadores y detergentes. Su uso en todo el mundo supera las 1.000
toneladas por año (Bhatia, et al., 2008).
Los aceites esenciales son considerados como metabolitos secundarios e
importantes para la defensa de la planta, ya que a menudo poseen propiedades
antimicrobianas (Fraenkel, 1959) (Tajkarimi, et al., 2010). Estas propiedades se
evaluaron primeramente utilizando vapores de aceites esenciales en 1881 (Burt,
demostrado no sólo poseen un amplio rango de propiedades antibacterianas
(Oussalah, et al., 2007), sino también antiparasitario (George, et al., 2009),
insecticida (Essam, 2001), antiviral (Schnitzler, et al., 2011), antifúngicos (Silva,
et al., 2011), y las propiedades antioxidantes (Brenes & Roura, 2010).
FIGURA 9. Isómeros del terpineol.
Gomes encontró actividad antimicrobiana en los aceites esenciales extraídos
de las cáscaras de Citrus aurantifolia, Citrus limon y Citrus sinensis, los resultados fueron satisfactorios contra bacterias Gram-negativas
(Staphylococcus aureus, Listeria monocytogenes y Salmonella cholerasuis) y hongos (Aspergillus niger, A. flavus y A. carbonarius) (Gomes, et al., 2014).
Por otra parte, en investigaciones de Baik, se analizó la composición química
de catorce tipos de aceites de cítricos y se probaron sus actividades biológicas.
Se encontraron limoneno (55,4% a 91,7%), mirceno (2,1% a 32,1%), -pineno
(0,6% a 1,6%) y linalool (0,4% a 6,9%) como principales componentes en la
mayoría de especies de cítricos, donde nueve de los catorce aceites, exhibían
actividad antibacteriana frente a Propionibacterium acnés, para una futura aplicación en cosméticos (Baik, et al., 2008).
Estudios realizados por Burt, han demostrado actividad antibacteriana de
aceites esenciales contra Listeria monocytogenes, Salmonella typhimurium,
Escherichia coli, Shigella dysenteria, Bacillus cereus y Staphylococcus aureus, también comprobó que organismos Gram-negativos son un poco menos
susceptibles que las bacterias gram-positivas (Burt, 2004).
Gutierrez encontró actividad antimicrobiana de diferentes aceites esenciales
en combinación, entre ellos los de albahaca, melisa, mejorana, orégano, romero,
Viuda-Martos estudió el efecto de los aceites esenciales de limón (Citrus limón L.), mandarina (Citrus reticulata L.), pomelo (Citrus paradisi L.) y naranja (Citrus sinensis L.) sobre el crecimiento de moldes comúnmente asociados con el deterioro de los alimentos: Aspergillus niger, Aspergillus flavus, Penicillium chrysogenum y Penicillium verrucosum. Todos los aceites mostraron actividad antifúngica. El aceite esencial de naranja fue el más eficaz contra A. niger, el aceite esencial de mandarina fue más efectivo para reducir el crecimiento de
Aspergillus flavus mientras que el de pomelo fue el mejor inhibidor de P. chrysogenum y P. verrucosum (Viuda-Martos, et al., 2008).
Además, Król elaboró una revisión con las propiedades microbiológicas de
algunos aceites esenciales como el eucaliptus, orégano y albahaca y propuso un
posible mecanismo de acción biológica. La actividad biológica y farmacológica
de los aceites esenciales en el tratamiento y prevención de las enfermedades
infecciosas (Król, et al., 2013)
Varios estudios han demostrado que los terpenoides son los principales
responsables de la actividad antimicrobiana de los aceites esenciales, siendo los
más importantes en orden de actividad los que contienen grupos alcoholes
(como el terpineol) luego los que poseen aldehídos y por último los que tienen
grupos cetónicos. Por ejemplo, podemos mencionar que el aceite esencial de
lemon grass posee cantidades considerables de (-)-citral, (+/-)-citral, citronelol,
citronelal, linalool y geraniol los cuales han mostrado poseer actividad
antimicrobiana ante Escherichia coli, Bacillis subtilis y Staphylococcus aureus
(Bathia, et al., 2008).
Por otra parte Maguna analizó la actividad antimicrobiana de un grupo de
terpenoides (incluido el alfa-terpineol) sobre bacterias, encontrando que las
bacterias Gram negativas (Escherichia coli y Pseudomonas aeruginosa), fueron más sensibles a los terpenoides (Maguna, et al., 2006).
Oyedemi además, estudió el mecanismo de actividad antimicrobiana de
distintos componentes de aceites esenciales, entre ellos el -terpineol,
-terpineno y eugenol, para evaluar su efecto sobre la membrana bacteriana de
celular y la membrana de las bacterias gram negativas y gram positivas tratadas,
fueron dañadas de manera significativa (Oyedemi, et al., 2009)
Vila ha encontrado que el aceite esencia del árbol del té, obtenido de sus
hojas y ramas tiernas de Malaleuca alternifolia, se caracteriza por su riqueza en terpinen-4-ol, y considera a este compuesto como el principal responsable, junto
a otros como el -terpineno, -terpineno y -terpineol de las propiedades
antibacterianas, antifúngicas, antiprotozoarias frente a tricomonas
antiinflamatorias y antioxidantes del aceite esencial. Avala además el uso de
este aceite por vía tópica en el tratamiento de la vulvovaginitis especialmente
candidiásicas, y en diversas afecciones dérmicas con un componente infeccioso
como acné, tinea pedis, forunculosis y onicomicosis. (Vila & Cañigueral, 2006)
1.7. REACCIÓN CATALÍTICA DE OBTENCIÓN DE TERPINEOL.
El limoneno, -pineno y -pineno son monoterpenos de origen natural
utilizados como sustratos para la producción de sabores y fragancias (Erman,
1985) (Chalk, 1988). Entre las rutas sintéticas más importantes se encuentran la
hidratación catalizada por ácidos y la acetoxilación de terpenos de la que se
obtienen valiosos alcoholes y ésteres, que tienen aplicaciones en perfumería y la
industria farmacéutica (Erman, 1985). Generalmente se usa ácidos minerales
como el ácido sulfúrico. Industrialmente, la hidratación de -pineno para producir
-terpineol, que es uno de los 30 mejores compuestos de sabor comúnmente
utilizados (Welsh, et al., 1989), se lleva a cabo principalmente utilizando
soluciones acuosas diluidas de ácido sulfúrico y ácido fosfórico (Traynor &
Albert, 1989). El -Terpineol también se puede conseguir por hidratación
(Matsubara, et al., 1987) o bioconversión (Tan, et al., 1998).
Se estudió también la velocidad de reacción de obtención de -terpineol a
partir de -pineno, reacción similar a la del limoneno con catalizadores
heterogéneos, tales como zeolitas dispersadas en membranas poliméricas (Vital,
et al., 2001) y Román Aguirre sintetizó terpineol a partir de -pineno por catálisis
acida homogénea (Román Aguirre, et al., 2005). Lemos Bicas además demostró
que se pueden alcanzar altos rendimientos de obtención de R-(+)--terpineol a
partir de R-(+)-limoneno (Lemos Bicas, et al., 2010). En otros estudios también
productos mayoritarios en la oxidación de limoneno, -pineno y aceites
esenciales de naranja y mandarina (con alto contenido de limoneno) en un
proceso económico y limpio a microescala empleando el hongo Aspergillus niger
DSM 821 como biocatalizador bajo condiciones normales de temperatura y
presión (Castellanos Molina, 2007).
Yadav estudió la hidratación del limoneno en ácido acético acuoso,
encontrando que en presencia de catalizador ácido, el limoneno produce un
carbocatión y el nucleófilo ataca fácilmente en el doble enlace exocíclico (doble
enlace carbono-carbono fuera del anillo pero que comparte un carbono con él,
como se muestra en la Figura 10 (Ege, 1997), formando productos de adición
como el -terpineol (Yadav, et al., 2009)
1.7.1. Condiciones de la reacción.
En investigaciones realizadas por Ávila se estudió la reacción de hidratación
de monoterpenos (-pineno) catalizada por ácido tricloroacético soportado en
zirconia (TCA). Utilizó 7,34 mmol de -pineno, 10 ml de H2O, 13,6 ml de alcohol
isopropílico, una temperatura de 80 ºC y diferentes tiempos de reacción,
encontrando la mayor conversión de -pineno (57%) a los 300 minutos de
reacción (Ávila, et al., 2010).
Los estudios de hidratación catalítica heterogénea del limoneno de Yadav se
realizaron con las siguientes condiciones: 2 ml de limoneno, 10 ml de ácido
acético acuoso, temperatura de reacción de 50 ºC y tiempo de reacción de 24
horas obteniendo un 65% de selectividad a terpineol y una conversión mayor a
60% (Yadav, et al., 2009).
1.8. EFECTO DEL SOLVENTE EN LA REACCIÓN DE OBTENCIÓN DE TERPINEOL.
Hace aproximadamente un siglo, se descubrió que el solvente puede
cambiar dramáticamente la velocidad de las reacciones químicas. Desde
entonces, la generalidad y la importancia del efecto del solvente sobre la
reactividad química, en constantes de velocidad o constantes de equilibrio, ha
sido ampliamente reconocida. Existen dos enfoques básicos para el tratamiento
